当然,使用DCP进行设计时,也有一些限制需要考虑,比如受限的端电压以及精度。这些限制来自于多晶硅电阻的制造工艺以及在CMOS集成电路中的集成工艺。

DCP是通过电阻的组合来实现的,电阻R通过串联连接着CMOS开关,如图1。

图1：DCP电阻阵列。

电阻阵列的物理两端,即RH和RL端,等效于机械电位器的固定端。动触点RW通过CMOS开关一次一个地连接着中间节点,等效于机械电位器的动触点端。

多晶硅DCP的典型电阻精度为±20%,然而,相对精度或者是在特定的电阻阵列内的电阻匹配程度更高,通常为±1%甚至更精确。因此,在设计阶段,需要仔细的计算相对精度与总体精度之间的差异,从而避免或者减小应用电路生产时的额外调整工作。本文主要讨论DCP精度是如何影响着设计,另外还讨论了一些能提高系统最终精度的技术。

在应用设计中,DCP主要有两种用途：用作分压器和变阻器。

电压分压器模式

当DCP用作电压分压器时,其RH和RL端连接着电源轨,动触点RW的最终精度仅取决于内部电阻匹配程度。因此,每个部分都相同,不管总的电阻精度如何。

道理很简单,因为RH和RL间的电压由特定数量的抽头所分压,即在分压电阻串中,数量为n的等效电阻元素按比例缩小。例如,对于如图2所示的配置,

图2：高精度电压分压器

动触点m的输出电压Vout可以计算得到(公式1a和1b)：

或

其中m为当前动触点的位置,n为抽头的总数。

从公式1b中可以看出,电阻精度可以忽略且对输出Vout没有任何影响。

不过,如果DCP在RH和/或RL端另有电阻,输出信号的精度将变成DCP初始精度的函数。这是因为缩放系数在各个分压电阻串中不相等,如图3。

图3：不同精度的例子

图3中带有R1和R2电路的输出函数为(公式2)：

其中n为抽头的总数,m为当前动触点的位置。

需要注意的是,动触点电阻没有包含在内,这是因为其对该特定的配置没有任何影响,同时我们假设使用的是理想运放。

变阻器模式

当DCP用作变阻器时,其输出精度变成初始精度(±20%)加上由动触点电阻带来的额外误差之和。因为动触点开关不是理想的——即存在很小的阻值,通常为70Ω,并且该阻值在各个抽头间是变化的。动触点电阻在变阻器配置中大大降低,例如,当动触点连接到终端的一个端点上,如图4a：

图4：变阻器的结构。

在变阻器结构中,如图4a,动触点电阻出现在电阻串部分并联时,其效应取决于所选的动触点位置。

另一个可能的配置是让终端的一个端点悬空,如图4b所示。这种情况下,动触点电阻通常会在数据资料表中以图表形式提供,从而能更加容易的计算各个抽头上的总电阻。公式3可用于计算抽头m处的电阻：

可增加电路精度的设计实例

即使常规的DCP初始精度为±20%,应用的精度可以通过使用一些特定的技术来提高。例如,图3的设计通过简单的修改即可获得更高的精度,如图5所示。

图5：在分压模式下提高精度的例子

在上述的例子中,输入信号Vin被固定的R1、R2、R3电阻串所分压,DCP放置在与R2的并联位置上。这种配置可以保留可变输出的灵活性,同时具有高得多的精度。需要注意的是,为了得到所需的精度,Rtotal的阻值应该是R2的5-10倍。

当DCP用作变阻器时,通过将DCP和高精度固定电阻的串并联配置,可以得到更好的精度,如图6。

图6：DCP与固定电阻的串并联配置

例如,图6电路中使用了精度为±20%,阻值为10 kΩ, 抽头个数为256的DCP,我们可以得到阻值变化范围为5.5kΩ到10.695 kΩ的可变电阻,对应的精度为±1.1%到±8.5%,如表1。

表1：DCP与固定电阻的串并联配置

另一个DCP的实际用途为数模转换器(DAC)的代替品。在大多数情况下,当设计需要在受限范围内进行微调时,一个8位的DCP可以实现比10位DAC更好的分辨率。有关DCP分辨率与终端电压及抽头数量关系函数见表2所示。

表2：不同抽头对应得DCP分辨率

数控电位器(DCP)在各种应用中深受欢迎,尤其在控制、参数调整、信号处理方面。数字电位器取代了机械电位器,并在很多方面体现出优势,如远程操作、可编程性、高分辨率、小型化、可靠性、能存储多个动触点位置,以及更低的系统成本。

当然,使用DCP进行设计时,也有一些限制需要考虑,比如受限的端电压以及精度。这些限制来自于多晶硅电阻的制造工艺以及在CMOS集成电路中的集成工艺。

DCP是通过电阻的组合来实现的,电阻R通过串联连接着CMOS开关,如图1。

图1：DCP电阻阵列。

电阻阵列的物理两端,即RH和RL端,等效于机械电位器的固定端。动触点RW通过CMOS开关一次一个地连接着中间节点,等效于机械电位器的动触点端。

多晶硅DCP的典型电阻精度为±20%,然而,相对精度或者是在特定的电阻阵列内的电阻匹配程度更高,通常为±1%甚至更精确。因此,在设计阶段,需要仔细的计算相对精度与总体精度之间的差异,从而避免或者减小应用电路生产时的额外调整工作。本文主要讨论DCP精度是如何影响着设计,另外还讨论了一些能提高系统最终精度的技术。

在应用设计中,DCP主要有两种用途：用作分压器和变阻器。

电压分压器模式

当DCP用作电压分压器时,其RH和RL端连接着电源轨,动触点RW的最终精度仅取决于内部电阻匹配程度。因此,每个部分都相同,不管总的电阻精度如何。

道理很简单,因为RH和RL间的电压由特定数量的抽头所分压,即在分压电阻串中,数量为n的等效电阻元素按比例缩小。例如,对于如图2所示的配置,

图2：高精度电压分压器

动触点m的输出电压Vout可以计算得到(公式1a和1b)：

或

其中m为当前动触点的位置,n为抽头的总数。

从公式1b中可以看出,电阻精度可以忽略且对输出Vout没有任何影响。

不过,如果DCP在RH和/或RL端另有电阻,输出信号的精度将变成DCP初始精度的函数。这是因为缩放系数在各个分压电阻串中不相等,如图3。

图3：不同精度的例子

图3中带有R1和R2电路的输出函数为(公式2)：

其中n为抽头的总数,m为当前动触点的位置。

需要注意的是,动触点电阻没有包含在内,这是因为其对该特定的配置没有任何影响,同时我们假设使用的是理想运放。

变阻器模式

当DCP用作变阻器时,其输出精度变成初始精度(±20%)加上由动触点电阻带来的额外误差之和。因为动触点开关不是理想的——即存在很小的阻值,通常为70Ω,并且该阻值在各个抽头间是变化的。动触点电阻在变阻器配置中大大降低,例如,当动触点连接到终端的一个端点上,如图4a：

图4：变阻器的结构。

在变阻器结构中,如图4a,动触点电阻出现在电阻串部分并联时,其效应取决于所选的动触点位置。

另一个可能的配置是让终端的一个端点悬空,如图4b所示。这种情况下,动触点电阻通常会在数据资料表中以图表形式提供,从而能更加容易的计算各个抽头上的总电阻。公式3可用于计算抽头m处的电阻：

可增加电路精度的设计实例

即使常规的DCP初始精度为±20%,应用的精度可以通过使用一些特定的技术来提高。例如,图3的设计通过简单的修改即可获得更高的精度,如图5所示。

图5：在分压模式下提高精度的例子

在上述的例子中,输入信号Vin被固定的R1、R2、R3电阻串所分压,DCP放置在与R2的并联位置上。这种配置可以保留可变输出的灵活性,同时具有高得多的精度。需要注意的是,为了得到所需的精度,Rtotal的阻值应该是R2的5-10倍。

当DCP用作变阻器时,通过将DCP和高精度固定电阻的串并联配置,可以得到更好的精度,如图6。

图6：DCP与固定电阻的串并联配置

例如,图6电路中使用了精度为±20%,阻值为10 kΩ, 抽头个数为256的DCP,我们可以得到阻值变化范围为5.5kΩ到10.695 kΩ的可变电阻,对应的精度为±1.1%到±8.5%,如表1。

表1：DCP与固定电阻的串并联配置

另一个DCP的实际用途为数模转换器(DAC)的代替品。在大多数情况下,当设计需要在受限范围内进行微调时,一个8位的DCP可以实现比10位DAC更好的分辨率。有关DCP分辨率与终端电压及抽头数量关系函数见表2所示。

表2：不同抽头对应得DCP分辨率